双工位平衡式车夹具的结构设计

2012-10-23袁礼彬

制造技术与机床 2012年3期

袁礼彬蒋涛

(常州南车铁马科技实业有限公司，江苏常州 213015)

实践生产中，回转面的切削加工大多采用车、镗加工，尤以车削加工要求效率高，装夹方便被广泛采用。由于被加工件结构设计呈非对称的几何形状，使得夹具体在高旋转加工时，产生噪声和振动，加速刀具磨损，缩短机床和夹具体的寿命，严重时可能造成破坏性事故。为此必须对其夹具体进行平衡计算，使得机械振动幅度减小到允许的范围内。本文以齿轮泵双孔车加工为例，提供一种平衡式车夹具设计的独特思路，并在实践中得到了很好的验证。

1 工件分析和加工方法

如图1，机油泵泵体的结构简图中(图中省略无关视图)，两孔2×Φ48 mm为7级精度，有垂直度、平行度和位置度公差要求，两偏心孔中心距公差要求较小。该泵体机械加工工艺如下:

泵体毛坯为精铸件，材料为TH200，非加工面表面较平整，外形较准。工序(1):在立式铣床铣两端面，留磨加工余量0.40 mm;工序(2):在平面磨上粗磨两端面，留精磨余量0.15 mm;工序(3):钻6×Φ9孔，钻铰2×Φ10H7定位孔;工序(4):精磨两端面至图样尺寸;工序(5):工件上车夹具，以2×Φ10H7孔定位，粗精镗两偏心孔2×Φ48H7孔至尺寸。

2 夹具方案和结构设计

两偏心孔车加工为泵体加工的关键工序，本文只介绍工序(5)的车夹具设计。

该设计方案利用不在同一直线上的三点确定一个圆的数学原理，来设计360°两工位回转式车夹具加工两偏心孔，夹具结构简图如图2所示(图中只标出主要零件序号和关键设计尺寸)。选择泵体A面和2×Φ10H7孔为定位基准，夹具上设一面两销定位，采用回转分度。图2中A、B两点为工件偏心孔中心，工件在加工时这两点与机床主轴旋转中心重合，O点为车夹具旋转体8(图3)的中心，同时也为工件的中心，它与回转轴6中心轴线重合，设计上保证OA=21±0.01 mm。旋转体8上装有圆柱销3和菱形销7，通过这两个销和支承块11平面使工件精确定位，并用两大压板夹紧固定。旋转体8可饶回转轴6作自由旋转，圆柱插销9用于分度定位，将旋转体8定位在预定的工件加工位置，再用小压板12将旋转体8压紧固定。夹具体10(图4)通过左端面Φ165H7止口与车床主轴端部连接，配重体1(图5)通过螺钉与夹具体10连接成一体，用于消除车削时夹具中心(包括工件)与机床回转中心不重合使产生的离心力。

3 夹具平衡

车夹具平衡计算传统方法主要有两种:第一种是重量转移法，该方法用重量转移的方法简化了配重平衡的计算，从理论上解决了设计难点，其设计计算需要较高的技巧，不具有普遍性意义;第二种是矢量计算法，其基本原理是，在一个回转面所有元件的质量所产生的离心力构成一平面内汇交于回转中心的力系，如果该力系的向量和等于零，则该力系就成为一平衡力系。该方法需要对各质量元件计算，并作向量图，最终根据实际工况和夹具结构特点选定平衡块的质量。

本夹具设计方案提供了非常独特的思路，从结构设计着手，改变了传统夹具设计方式来解决夹具平衡问题，提供一种解决双工位车夹具平衡问题的设计方法，与传统平衡设计相比较，其主要特点是:(1)旋转体与配重体组合后，其质量中心与夹具中心及机床旋转中心重合;(2)可根据被加工工件双孔中心距设计配重体二偏心孔;(3)省去传统设计中的扇形配重块，免去复杂平衡计算，而且简化了夹具。

4 夹具制造及使用要点

夹具制造中要注意:(1)夹具体与机床主轴端用过渡法兰盘连接，采用H7/g6或H7/h6配合;(2)旋转体与配重体之间配合间隙不可过小，根据使用经验，可控制在0.10～0.15 mm;(3)为减小旋转体在分度旋转时与夹具体间的摩擦力，设计上旋转体中部可车去一部分;(4)菱形销的横截面长轴应垂直于两销中心连线，否则起不到菱形销的作用，且会增大转角误差。

使用要点:工件以2×Φ10H7孔定位，用大压板13将夹紧在支承块上，圆柱插销插入一分度衬套进行分度定位。此时工件一偏心孔中心位于机床回转中心，小压板将旋转体压紧固定，按图2中位置状态先加工一偏心孔，保证OA=21±0.01 mm。加工完第一个偏心孔后，拔出插销9松开小压板12，拨动旋转体8绕回转轴6旋转180°，然后将插销9插入另一分度衬套中，此时第二偏心孔与机床主轴回转中心同轴，压紧小压板12，启动机床，车削该偏心孔，保证OB=21±0.01 mm。从而保证了两偏心孔中心距AB=OB+OA=42±0.02 mm。